PENGGUNAAN POMPA SENTRIFUGAL IMPELER SEMI TERBUKA SEBAGAI TURBIN AIR DENGAN VARIASI DEBIT

  

PENGGUNAAN POMPA SENTRIFUGAL IMPELER

SEMI TERBUKA SEBAGAI TURBIN AIR DENGAN

  

VARIASI DEBIT

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

Jurusan Teknik Mesin

  Disusun oleh :

  

Nama : Purnomo

NIM : 035214004

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2007

  

USAGE OF SEMI OPEN IMPELLER CENTRIFUGAL

PUMPS AS WATER TURBINE WITH

DEBIT VARIATION

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

  By

  

Purnomo

Student Number: 035214004

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta, Februari 2007 Penulis

  Purnomo

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat dan bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan Tugas Akhir dengan judul “Penggunaan Pompa Sentrifugal Impeler Semi Terbuka sebagai

  

Turbin Air dengan Variasi Debir“. Adapun Tugas Akhir ini merupakan salah

  satu syarat untuk mencapai derajat Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

  Penulis menyadari bahwa dalam proses belajar di Program Studi Teknik Mesin, sejak awal studi sampai berakhirnya studi melibatkan banyak hal. Atas segala saran, bimbingan, dukungan dan bantuan, pada kesempatan ini dengan penuh kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

  1. Romo Ir. Gregorius Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., Msc., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma.

  2. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan dan Ketua Progran Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

  3. Bapak Ir. YB. Lukiyanto, M.T. dan Ir. Rines, M.T. selaku dosen penguji atas segala masukan berupa kritik dan saran demi kesempurnaan Tugas akhir ini.

  4. Bapak D. Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing akademik.

  5. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing selama penulis kuliah di Universitas Sanata Dharma.

  6. Para karyawan dan laboran Laboratorium Proses Produksi dan Laboratorium Prestasi Mesin (Mas intan, Mas Rony) yang telah banyak membantu selama penelitian ini.

  7. Kedua orang tua dan keluarga penulis atas segala dukungan dan doanya.

  8. Jeanne Esvandiary yang selalu memberi semangat, dukungan, kasih sayang dan doa yang tulus kepada penulis. Thank’s for all.

  9. Rekan-rekan mahasiswa yang telah memberi bantuan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini : Galih Permadi Siwi, Bernardo Dwi Windrato, Yosafat Trihardi, Fo sin, Antonius Aan Arianto, Antonius Dwi Putranto.

  10. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu dan memberi masukan selama penyelesaian Tugas Akhir ini.

  Semoga Tuhan melimpahkan berkat dan rahmatNya atas segala kebaikan dan ketulusan yang telah diberikan.

  Penulis menyadari masih banyak kekuranagan dalam penulisan Tugas Akhir. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran demi penyempurnaan Tugas akhir ini. Akhirnya besar harapan penulis semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan bermanfaat bagi orang banyak.

  Yogyakarta, Januari 2007 Penulis

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................ iii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .......................................................... v KATA PENGANTAR ..................................................................................... vi DAFTAR ISI.................................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xi DAFTAR TABEL............................................................................................ xii DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................... xiii

  INTISARI ........................................................................................................ xiv

  BAB I PENDAHULUAN ......................................................................... 1

  1.1 Latar Belakang Masalah ......................................................... 1

  1.2 Tujuan Penelitian .................................................................... 2

  BAB II DASAR TEORI ............................................................................. 3

  2.1 Tinjauan Pustaka ..................................................................... 3

  2.2 Landasan Teori........................................................................ 3

  2.2.1 Aliran Zat Cair dan Bentuk Energinya.......................... 4

  2.2.2 Persamaan Bernoulli...................................................... 4

  2.2.3 Pompa Sentrifugal ......................................................... 5

  2.2.4 Pengertian Impeler ........................................................ 7

  2.2.4.1 Jenis Impeler ...................................................... 8

  2.2.5 Pompa sebagai Turbin ...................................................11

  2.2.5.1 Keuntungan Pompa sebagai Turbin ..................11

  2.2.5.2 Kerugian Pompa sebagai Turbin.......................12

  2.2.6 Daya yang dihasilkan Turbin.........................................13

  2.2.7 Rem Blok Tunggal ........................................................13

  BAB III METODE PENELITIAN...............................................................15

  3.1 Sarana Penelitian.....................................................................15

  3.1.1 Peralatan Penelitian.......................................................16

  3.2 Jalannya Penelitian..................................................................18

  3.2.1 Persiapan .......................................................................18

  3.2.2 Tahap Pelaksanaan Penelitian.......................................20

  3.3 Persamaan yang Digunakan ....................................................21

  BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN .....................................24

  4.1 Data Penelitian ........................................................................24

  4.1.1 Data pada Sarana Penelitian..........................................24

  4.1.2 Data Hasil Penelitian.....................................................25

  4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data ..........................................26

  4.2.1 Perhitungan untuk Variasi Debit Pertama.....................26

  4.2.2 Perhitungan untuk Variasi Debit Kedua .......................29

  4.2.3 Perhitungan untuk Variasi Debit Ketiga .......................32

  4.2.4 Perhitungan Efisiensi Turbin ........................................36

  4.3 Pembahasan..............................................................................36

  BAB V PENUTUP......................................................................................38

  5.1 Kesimpulan..............................................................................38

  5.2 Saran ........................................................................................38 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................40 LAMPIRAN ....................................................................................................41

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pompa Sentrifugal ..........................................................................5Gambar 2.2 Bagan Aliran Fluida di dalam Pompa Sentrifugal .........................6Gambar 2.3 Impeler Tertutup.............................................................................8Gambar 2.4 Impeler Semi Terbuka....................................................................9Gambar 2.5 Impeler Terbuka .............................................................................10Gambar 2.6 Rem Blok Tunggal .........................................................................14Gambar 3.1 Rumah pompa dan impeler yang digunakan dalam penelitian

  ( dalam satuan mm )..........................................................................................15

Gambar 3.2 Skema Peralatan Penelitian ............................................................16Gambar 4.1 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada Debit Pertama ...........28Gambar 4.2 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada Debit Kedua ..............31Gambar 4.3 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada Debit Ketiga..............34Gambar 4.4 Grafik Hubungan P out dengan Putaran untuk tiap variasi Debit.....35Gambar 4.5 Grafik Hubungan P dengan Debit...............................................35

  out

Gambar 4.6 Grafik Hasil Perhitungan Efisiensi Turbin.....................................36

  Gambar L.1 Contoh-contoh Impeler ..................................................................41 Gambar L.2 Dimensi Mekanisme Pengereman .................................................43 Gambar L.3 Foto Pompa yang digunakan sebagai Turbin.................................44

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Variasi Debit ....................................................................................24Tabel 4.2 Data Variasi Debit Pertama..............................................................25Tabel 4.3 Data Variasi Debit Kedua ................................................................25Tabel 4.4 Data Variasi Debit Ketiga ................................................................26Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Daya Poros Keluaran Debit Pertama..................28Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Daya Poros Keluaran Debit Kedua ....................31Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Daya Poros Keluaran Debit Ketiga ....................34Tabel 4.8 Perhitungan Efisiensi Turbin ...........................................................36

  Tabel L.1 Koefisien Gesek ..............................................................................42

  DAFTAR LAMPIRAN 1. Gambar L1 Contoh-contoh Impeler.

  2. Tabel L1 Koefisien gesek.

  3. Gambar L2 Dimensi Mekanisme Pengereman.

  4. Gambar L3 Foto Pompa yang digunakan sebagai Turbin.

  5. Gambar Pompa Sentrifugal dengan Impeler Semi Terbuka yang digunakan sebagai Turbin.

  

INTISARI

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui dan menyelidiki pengaruh variasi debit terhadap prestasi pompa sentrifugal impeler semi terbuka sebagai turbin air.

  Dalam penelitian ini, pompa yang digunakan sebagai turbin adalah pompa sentrifugal dengan impeler semi terbuka, dimana pompa ini merupakan pompa sirkulasi yang biasa digunakan pada kendaraan truk. Rumah pompa dan impeler yang digunakan dalam penelitian ini terbuat dari bahan besi cor. Impeler yang digunakan berdiameter 84 mm dengan tebal 19 mm dan memiliki jumlah sudu sebanyak 6 sudu. Penelitian dilakukan dengan cara menggerakkan impeler dengan daya masukan air dan dihitung daya keluaran serta efisiensinya.

  Dari penelitian pompa sentrifugal dengan impeler semi terbuka yang difungsikan sebagai turbin ini diperoleh efisiensi tertinggi sebesar = 0,02053 η _T

• 3

  =

  %, dicapai pada debit air masuk V = 0,00146 m /detik dan pada head H 45,5 m.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

  Energi merupakan salah satu kebutuhan primer manusia untuk melakukan berbagai aktivitas dan memiliki peranan yang sangat penting dan strategis dalam kehidupan manusia. Sejak terjadinya krisis energi yang melanda dunia, termasuk yang melanda negara berkembang seperti Indonesia, banyak orang mulai memusatkan perhatiannya untuk mendapatkan cara mengubah suatu bentuk energi ke bentuk energi lain yang dapat digunakan untuk kepentingan manusia. Dengan demikian manusia tak perlu hanya bergantung pada energi fosil yang berbentuk gas bumi, minyak bumi, dan batu bara yang saat ini merupakan energi yang paling banyak digunakan dalam kehidupan.

  Untuk mengatasi krisis energi yang terjadi adalah dengan mencari sumber energi alternatif. Salah satu energi alternatif yang saat ini mulai dikembangkan adalah memanfaatkan tenaga air untuk menghasilkan energi listrik. Tenaga air merupakan sumber energi yang tersedia secara terus menerus, dan juga merupakan energi yang sangat bersih. Selain itu penggunaan tenaga air dapat memberikan kontribusi yang berarti dalam penghematan sumber energi. Di negara berkembang seperti Indonesia, air memegang peranan yang sangat penting terutama pada daerah pedesaaan. Tetapi dalam prakteknya, potensi tenaga air yang ada di daerah pedesaan belum dimanfaatkan secara optimal.

  2 Salah satu faktor yang membatasi perkembangan pemanfaatan tenaga air ini, adalah besarnya biaya investasi awal yang diperlukan. Penggunaan pompa sebagai turbin dapat menjadi suatu alternatif untuk mengatasi besarnya biaya tersebut, karena pompa telah diproduksi secara massal dan banyak tersedia di pasaran, selain itu pompa yang digunakan sebagai turbin dapat berasal dari rongsokan pompa (dengan sedikit dilakukan rekondisi). Cara kerja dari pompa sebagai turbin ini sama dengan turbin yang ada pada umumnya, perbedaaannya adalah teknologi pompa sebagai turbin ini tidak bisa memanfaatkan air yang tersedia secara efisien, tetapi teknologi ini memiliki keuntungan salah satunya yaitu mudah diaplikasikan oleh masyarakat luas.

1.2 Tujuan Penelitian

  Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengamati pengaruh variasi debit dalam prestasi kerja pompa sentrifugal sebagai turbin dan mencari efisiensi terbaik dari variasi debit tersebut.

  Hasil penelitian ini diharapkan akan memberikan kontribusi dalam memperluas pengetahuan tenaga air atau hydropower, terutama dalam teknologi penggunaan pompa sebagai turbin.

BAB II DASAR TEORI

  2.1 Tinjauan Pustaka

  Untuk kasus pada penelitian ini, penulis belum menemukannya dalam artikel, jurnal, maupun pada buku-buku yang lengkap dan terperinci mengenai penggunaan pompa sebagai turbin. Hal ini menyebabkan kesulitan dalam melakukan perbandingan terhadap hasil penelitian.

  Jurnal yang dapat dijadikan pembanding, walaupun kurang teperinci adalah tentang penggunaan pompa sebagai turbin adalah Project report – Huai Kra Thing Micro-hydro project oleh Chris Greacen dan artikel pompa sentrifugal sebagai turbin dengan performansi hasil pengujian laboratorium untuk pembangkit mikro hidro. Dalam project report ditulis tentang laporan penggunaan pompa sebagai turbin untuk membangkitkan listrik Dilaporkan bahwa listrik yang dibangkitkan dapat mencapai 1,6 kW, dengan masukan head 20 m dan debit 10 liter/detik, yang jika dikalkulasi maka efisiensi yang terjadi sebesar 81 %. Sedangkan pada artikel pompa sentrifugal sebagai turbin dengan performansi hasil pengujian laboratorium untuk pembangkit mikro hidro dituliskan bahwa daya terbesar pada putaran 1000 rpm adalah 25 kW dengan efisiensi 75%.

  2.2 Landasan Teori

  Air yang mengalir mempunyai energi yang dapat digunakan untuk memutar roda turbin, karena itu pusat-pusat tenaga air dibangun di sungai-sungai dan di

  4 pegunungan-pegunungan. Pusat tenaga air tersebut dapat dibedakan dalam 2 golongan, yaitu pusat tenaga air tekanan tinggi dan pusat tenaga air tekanan rendah.

  2.2.1 Aliran Zat Cair dan Bentuk Energinya

  Kaidah energi menyatakan bahwa suatu bentuk energi akan dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain. Air yang mengalir mengandung energi dan energi tersebut tersebut dapat diubah bentuknya, misalnya perubahan dari energi potensial (tekanan) ke dalam energi kinetis (kecepatan), atau sebaliknya.

  Arti selanjutnya dari dari kaidah kekekalan energi adalah apabila arus air dalam alirannya dilewatkan melalui turbin air, maka energi yang ada dalam air akan diubah menjadi bentuk energi yang lain. Aliran air pada suatu standar ketinggian tertentu mempunyai bentuk-bentuk energi sebagai berikut:

  m

  Energi tempat m ⋅ g ⋅ z dalam kg ⋅ ⋅ m = Nm ₂

  det ₃ N m p

  Energi tekanan m ⋅ dalam kg ⋅ ⋅ = Nm ₂

  kg

  ρ m _{2 2}

  c m

  Energi kecepatan m ⋅ dalam kg ⋅ = Nm ₂ 2 det

  2.2.2 Persamaan Bernoulli

  Pada suatu aliran air di dalam pipa, diambil suatu selisih ketinggian z antara tinggi air atas dan tinggi air bawah, maka menurut Bernoulli, besar energi aliran tersebut adalah: ₂

  p c

• Persamaan energi W = m ⋅ g ⋅ z m ⋅ m ⋅ (Nm) ρ

  2

  5 Bila pada aliran tersebut diatas diambil suatu jumlah air tiap 1 kg untuk diperhitungkan, hal ini dinamakan “spesifik energi” satuannya dalam Nm/kg.

  Karena dibagi m akan didapat: ₂

  p c

• Persamaan spesifik energi w = g ⋅ z = kons tan (Nm/kg)

  2 ρ

  Kemudian dibagi lagi dengan percepatan gravitasi g, akan didapat salah satu ruas dari persamaan Bernoulli, yang mempunyai arti ketinggian: ₂

  p c

• Persamaan ketinggian H = z = kons tan (m)

  ρ ⋅ g 2 g ₂

  p c

  Dengan: z adalah ketinggian statis, dinamakan tinggi tekanan dan ρ ⋅ g 2 g dinamakan tinggi kecepatan.

2.2.3 Pompa Sentrifugal

  Dalam bentuk yang paling sederhana, pompa sentrifugal terdiri dari sebuah kipas (impeler) yang dapat berputar dalam sebuah rumah pompa.

Gambar 2.1 Pompa Sentrifugal

  ( Sumber : Sularso, Pompa dan Kompresor, hal 7 )

  6 Prinsip pompa sentrifugal :

  Pompa sentrifugal, seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.2, mempunyai sebuah impeler (baling-baling) untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi.

Gambar 2.2 Bagan aliran fluida di dalam pompa sentrifugal

  ( Sumber : Sularso, Pompa dan Kompresor, hal 4 ) Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutarkan impeler di dalam zat cair. Maka zat cair yang ada di dalam impeler, oleh dorongan sudu- sudu ikut berputar. Karena timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah impeler keluar melalui saluran di antara sudu-sudu. Di sini head tekanan zat cair menjadi lebih tinggi. Demikian pula head kecepatannya bertambah besar karena zat cair mengalami percepatan. Zat cair yang keluar dari impeler ditampung oleh saluran berbentuk volut (spiral) di sekeliling impeler dan disalurkan ke luar pompa melalui nosel. Di dalam nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi head tekanan.

  Jadi impeler pompa berfungsi memberikan kerja kepada zat cair sehingga energi yang dikandungnya menjadi bertambah besar. Selisih energi per satuan

  7 berat atau head total zat cair antara flens isap dan flens keluar pompa disebut head total pompa.

  Dari uraian di atas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang mengakibatkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial pada zat cair yang mengalir secara kontinyu.

2.2.4 Pengertian Impeler

  Impeler adalah salah satu elemen terpenting dari pompa sentrifugal yang berfungsi memberikan kerja kepada zat cair sehingga energi yang dikandungnya menjadi bertambah besar. Jika impeler berputar, maka zat cair yang ada dalam impeler didorong oleh sudu-sudu (blade) dan akhirnya fluida ikut berputar.

  Karena timbul gaya sentrifugal dari sudu-sudu impeler maka zat cair mengalir dari tengah impeler keluar melalui saluran diantara sudu-sudu. Dan tekanan zat cair menjadi lebih tinggi, demikian pula head kecepatannya bertambah besar karena zat cair mengalami percepatan.

  Impeler biasanya dicor dalam satu kesatuan dan terbuat dari besi cor atau brons. Untuk cairan-cairan khusus, impeler dapat dibuat dari bahan tahan karat, timah hitam, kaca, atau bahan-bahan yang sesuai dengan kebutuhan.

  Impeler biasanya dipasang pada poros dengan suaian (fit) tekan ringan, dipasak, dan dikunci dengan baik pada tempatnya. Sesudah merakit bagian-bagian yang berputar, poros haruslah dibalans secara statis maupun secara dinamis.

  8 Untuk mendapakan efisiensi yang tinggi, permukaan impeler haruslah dibuat sehalus mungkin, baik di dalam laluan sudu maupun pada bagian luar impeler tersebut. Tebal dinding dan sudu haruslah dibuat setipis mungkin sepanjang praktek pengecoran tidak terganggu.

2.2.4.1 Jenis Impeler

  1. Impeler tertutup Pada jenis ini, sudu-sudu terkurung antara dua buah dinding dan merupakan satu kesatuan dengan kedua dinding. Jenis ini di gunakan untuk zat cair bersih.

Gambar 2.3 Impeler Tertutup

  ( Sumber : Diktat Mata Kuliah Pompa, Pompa Sentrifugal )

  9

  2. Impeler semi terbuka Impeler ini terbuka di sebelah sisi masuk. Impeler berputar sepanjang dinding rumah pompa dengan ruang main yang sempit (0 sampai 0,2 mm). Efisiensi lebih rendah dibanding impeler terutup. Digunakan untuk zat cair yang mengandung sedikit kotoran seperti pasir, atau untuk zat cair yang bersifat mengauskan dan slurry (bubur).

Gambar 2.4 Impeler Semi Terbuka

  ( Sumber : Diktat Mata Kuliah Pompa, Pompa Sentrifugal )

  10

  3. Impeler terbuka Jenis impeler ini, bagian dinding masuk dan belakang ditiadakan. Bagian dinding hanya disisakan untuk penguat sudu. Efisiensi lebih rendah dari impeler semi terbuka. Digunakan untuk zat cair yang banyak mengandung kotoran.

Gambar 2.5 Impeler terbuka

  ( Sumber : Diktat Mata Kuliah Pompa, Pompa Sentrifugal )

  11

2.2.5 Pompa sebagai Turbin

  Pompa dengan sepenuhnya dapat dibalik sistem kerjanya dan dapat dijalankan secara efektif sebagai turbin. Pompa standar tidak dengan sengaja dirancang untuk beroperasi seperti turbin. Meskipun performa dari pompa sebagai turbin dan turbin konvensional tidak sama, tetapi penggunaan pompa sebagai turbin untuk pembangkit listrik tenaga kecil sudah banyak digunakan, karena memiliki keuntungan tersendiri. Perbedaan performa pompa sebagai turbin dan turbin konvensional antara lain jumlah aliran maksimal dan besarnya head lebih baik pada turbin konvensional daripada yang ada pada pompa sebagai turbin. Hal ini mungkin disebabkan karena adanya rugi-rugi yang ada pompa tersebut. Aplikasi pompa sebagai turbin ini dapat dipakai langsung untuk menggerakan mesin-mesin pada bidang pertanian seperti pabrik tepung terigu dan pengilingan beras atau dapat menjadi penggerak generator listrik. Pada umumnya tidak ada perubahan design atau modifikasi yang perlu dibuat untuk menjalankan pompa sebagai turbin. Yang perlu dilakukan adalah pemilihan pompa yang akan dijadikan turbin, dasar pemilihannya adalah pemakaian head tertinggi dan daya keluaran dari pompa yang akan dipakai sebagai turbin. Kecepatan putar turbin (pompa sebagai turbin) haruslah dibawah dari kecepatan maksimum pompa.

2.2.5.1 Keuntungan Pompa sebagai Turbin

  Keuntungan penggunaan pompa sebagai turbin yang mendasar adalah biaya yang dikeluarkan lebih rendah dibanding biaya pembuatan turbin konvensional, karena pompa telah diproduksi secara massal dan banyak tersedia di pasaran, selain itu pompa yang digunakan sebagai turbin dapat berasal dari

  12 rongsokan pompa (dengan sedikit dilakukan rekondisi). Keuntungan lainnya antara lain : Secara konstruksi Tidak adanya suatu alat tambahan untuk mengendalikan aliran dirasakan sebagai suatu kelemahan, tetapi memberikan keuntungan yaitu bangunan konstruksinya menjadi lebih kokoh dan lebih sederhana. Spare parts Spare parts siap tersedia karena pabrikan pompa banyak menawarkan jasa setelah penjualan atau ( after-sales services) hampir diseluruh dunia.

  Perawatan Tidak diperlukan keterampilan atau peralatan khusus dalam perawatan pompa sebagai turbin.

2.2.5.2 Kerugian Pompa sebagai Turbin

  Tidak adanya alat kendali aliran merupakan kerugian tersediri dari penggunaan pompa sebagai turbin. Kerugian lainnya adalah efisiensi yang dihasilkan pompa sebagai turbin lebih rendah dari efisiensi yang dihasilkan oleh turbin konvensional dan juga pompa sebagai turbin tidak cocok digunakan pada daerah yang mempunyai jenis aliran yang bervariasi.

  13

  2.2.6 Daya yang dihasilkan Turbin

• Dari kapasitas air dan tinggi air jatuh dapat diperoleh daya yang

  V H

  dihasilkan turbin:

• P =

  V ⋅ ρ ⋅ g ⋅ H ⋅ η _T =

  dengan : P daya yang dihasilkan turbin (W)

• 3

  V = debit air (m )

  3

  ρ massa jenis air (kg/m = )

  2 g = percepatan gravitasi (m/detik ) H =

  tinggi air jatuh (m) η = efisiensi turbin _T

  2.2.7 Rem Blok Tunggal

  Rem blok yang paling sederhana terdiri dari satu blok rem yang ditekan terhadap drum rem, seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 2.6. Biasanya pada blok rem tersebut pada permukaan geseknya dipasang lapisan rem atau bahan gesek yang dapat diganti bila telah aus. Dalam Gambar 2.6, jika gaya tekan blok terhadap drum adalah Q (kg), koefisien gesek adalah μ dan gaya gesek yang ditimbulkan pada rem adalah f (kg), maka

  = μ ⋅ f Q

  Momen T yang diserap oleh drum rem adalah

  T = f ⋅ D

  2 atau T = ⋅ Q ⋅ D

  2

  ( ) μ ( )

  14

Gambar 2.6 Rem blok tunggal

  ( Sumber : Sularso, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, hal 78 ) Jika panjang tuas rem adalah , jarak engsel tuas sampai garis kerja l ₁ Q adalah l dan gaya yang diberikan pada tuas adalah dan jika engsel menjauhi ₂ F gaya kerja dengan jarak c dalam arah sumbu poros, maka untuk arah putaran

  f berlawanan dengan jarum jam. ₂ + l μ c F = f l

  μ ₁

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Sarana Penelitian

  Sarana atau materi penelitian adalah pompa sirkulasi dengan jenis impeler semi terbuka. Pompa model ini biasa digunakan sebagai pompa sirkulasi pada jenis kendaraan truk.

Gambar 3.1 Rumah pompa dan impeler yang digunakan dalam penelitian

  (dalam satuan mm)

  16

   Peralatan penelitian

  3.1.1 Skema dari peralatan penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1.

  Pressure gauge Neraca pegas Alat pengereman Turbin

  Selang air Kran air Landasan Pengukur debit

Gambar 3.2 Skema peralatan penelitian

  Peralatan penelitian ini dapat dikelompokkan sebagai berikut :

   Piranti pengereman a.

  Alat pengereman digunakan untuk membebani putaran poros, sehingga dapat diukur torsinya. Alat pengereman yang digunakan berupa rem blok tunggal dengan bahan rem kayu dan drum rem yang merupakan poros keluaran turbin.

   Neraca pegas b.

  Neraca pegas digunakan untuk mengukur gaya pengereman pada poros pompa. Neraca pegas yang digunakan mempunyai skala minimum yang

  17 dapat dibaca sebesar 0,01 kg. Neraca pegas dipasang pada tuas rem bagian atas.

  c.

   Tachometer Tachometer digunakan untuk mengukur putaran poros keluaran turbin.

  Tachometer yang digunakan merupakan tachometer berjenis digital light tachometer , yang prinsip kerjanya dengan memancarkan sinar untuk

  membaca sensor yang berupa pemantul cahaya (alumunium foil) yang dipasang pada poros.

  d.

   Pressure gauge Pressure gauge merupakan alat yang digunakan untuk mengukur tekanan

  yang terjadi di pipa air keluaran. Pressure gauge yang digunakan adalah

  pressure gauge yang umum dipakai untuk mengukur tekanan udara

  2 kompresor dengan skala minimum yang dapat dibaca sebesar 0,1 kg/cm .

  e. Ember pengukur debit

  Pengukur debit digunakan untuk mengukur debit air yang dilewatkan di turbin. Pengukur debit merupakan gabungan dua alat yaitu alat pengukur volume yang berupa ember bervolume 20 liter dan alat pengukur waktu berupa stopwatch.

  f. Kran pengatur variasi debit

  Pengatur variasi debit berupa kran air yang dipasang pada saluran air sebelum masuk turbin.

  18

   Jalannya Penelitian

3.2 Penelitian ini dilaksanakan dalam dua tahap, yaitu tahap persiapan dan

  tahap pelaksanaan penelitian

3.2.1 Persiapan

a. Percobaan Awal

  Percobaan awal pertama dilakukan adalah mengukur tekanan air yang akan dipakai sebagai sumber energi untuk memutar poros turbin dengan menggunakan pressure gauge. Pada pengukuran tekanan ini digunakan pressure gauge untuk mengukur udara sehingga pada pengukuran ini jangan sampai air masuk ke dalam pressure gauge. Untuk menghindari masuknya air ke dalam pressure gauge, digunakan selang sebagai penghubung pipa saluran air dengan pressure gauge. Pada pengukuran tekanan ini juga dipastikan bahwa selang tidak bocor, sehingga pembacaan

  pressure gauge dapat dilakukan dengan baik. Setelah pressure gauge

  terpasang pada selang yang sudah terhubung pada pipa saluran air, kran air dibuka perlahan-lahan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh bukaan kran terhadap pencapaian tekanan maksimum, ternyata tekanan maksimum tercapai pada bukaan kran sekitar 25%.

  Percobaan awal kedua dilakukan dengan kembali mengukur tekanan untuk mengetahui penurunan tekanan yang terjadi pada tiap waktu. Hal ini dilakukan untuk memastikan tekanan air yang terjadi, karena saluran air yang digunakan untuk masukan turbin merupakan saluran air kampus yang mendistribusi air pada taman kampus. Percobaan awal ini pada awalnya

  19 dilakukan pada siang hari dimana kegiatan kampus masih berjalan, pada pengukuran tekanan air yang dilakukan pada siang hari ini didapatkan tekanan yang tidak stabil, hal ini dibuktikan dengan putaran turbin sering naik turun dalam bukaan kran yang tetap, setelah diukur ternyata terjadi

  2

  fluktuasi tekanan air yang berkisar antara 1-2 kg/cm . Fluktuasi yang terjadi ini terlalu besar sehingga sangat berpengaruh pada hasil pengamatan yang mengasumsikan tekanan air adalah tetap. Sehingga penulis berinisiatif untuk melakukan pengukuran tekanan air pada malam hari dimana kegiatan kampus tidak berjalan. Pada pengukuran malam hari yang dilakukan beberapa kali ternyata tekanan air pada malam hari adalah cenderung tetap.

b. Persiapan Pendahuluan

  Peralatan dirangkai terlebih dahulu. Turbin yang akan dicoba dirangkai dengan alat pengereman, neraca pegas diikatkan pada tuas pengeraman.

  Alat pengukur disiapkan, alumunium foil direkatkan pada poros keluaran turbin sebagai sensor yang akan dibaca oleh tachometer. Selang air dipasang pada saluran masuk dan keluar turbin. Selang yang dipasang pada saluran keluaran turbin diarahkan pada ember pengukur debit. Selang yang dipasang pada saluran masukan turbin dipasang pada pipa air sumber yang sudah memiliki kran.

  Setelah peralatan terpasang dan dipastikan tidak ada kebocoran air pada saluran maupun pada turbin, kran air dibuka penuh untuk beberapa saat.

  20 Hal ini dilakukan agar turbin benar-benar sudah terisi air, jangan sampai ada udara yang terjebak diantara saluran maupun sudu turbin.

   Tahap pelaksanaan penelitian

  3.2.2

  (1) Pengukuran tekanan air dilakukan pada awal dan akhir penelitian, hal ini dilakukan untuk mengetahui rata-rata tekanan air yang terjadi.

  (2) Pengukuran debit air. Pengukuran debit dilakukan dengan mengisi ember bervolume 20 liter dan diukur waktunya dengan stopwatch. Lama waktu yang diperlukan untuk mengisi ember bervolume 20 liter ini dicatat, kemudian dikonversi untuk mendapatkan debit air

  (3) Pengukuran putaran poros turbin. Pengukuran putaran poros dilakukan pada saat poros turbin tanpa beban, beban penuh dan variasi 5 beban. Pada saat poros turbin berputar tanpa beban diukur putaran porosnya dengan

  tachometer , kemudian turbin diberi beban pada rem sampai tidak dapat

  berputar, dimana beban maksimum yang terbaca pada neraca pegas dibagi 6 untuk variasi beban turbin. Kemudian rem diberi variasi beban pertama sehingga membebani turbin dan putaran poros diukur dengan tachometer. Selanjutnya variasi beban ditambah dan putaran poros diukur lagi. (4) Penelitian diulangi kembali untuk variasi debit yang lain, dimana pengukuran dilakukan dengan cara yang sama. Pada penelitian ini variasi debit yang dilakukan penulis sebanyak 3x.

  21

   Persamaan yang digunakan

3.3 Persamaan-persamaan yang digunakan pada saat pengolahan dan

  perhitungan data antara lain:

  a. Persamaan untuk menghitung daya air ( P ) _in

  2

• Konversi satuan tekanan pressure gauge ( p (kg/cm )) menjadi head

  H

  ( (m))

  p . 10000 H = ...............................................................(3.1)

  ρ dengan: H = head total air (m)

  2 p = tekanan pressure gauge rata-rata (kg/cm )

  

3

  ρ = massa jenis air (kg/m )

• Konversi satuan waktu untuk mencapai 20 liter ( (detik/20liter) menjadi q
• 3

  debit (

  V (m /detik))

• 20

  V ............................................................(3.2)

  =

  q . 1000

• 3

  dengan:

  V = debit air (m /detik) q = waktu untuk mencapai 20 liter (detik)

• Persamaan yang digunakan untuk menghitung daya air adalah:
• P = _in

  V ⋅ ρ ⋅ g ⋅ H ............................................. ..........(3.3)

  dengan: P = daya air (W) _in

• 3

  = debit air (m /detik)

  V

  

3

  ρ = massa jenis air (kg/m )

  22

  2 g

  = percepatan gravitasi (m/detik )

  H = head total air (m)

  b. Persamaan untuk menghitung daya turbin ( P ) _out y Menghitung gaya gesek yang ditimbulkan rem ( ) f Persamaan yang digunakan untuk menghitung gesek yang ditimbulkan rem adalah:

  l

  μ ₁

  f = F ⋅ ................................................ ..........(3.4) l μ + c ₂

  dengan: = gaya gesek yang ditimbulkan rem (kg)

  f F = gaya pemberat (kg)

  μ = koefisien gesek

  l = panjang tuas rem (mm) ₁ l = jarak engsel tuas sampai garis kerja Q (mm) ₂ c = jarak engsel tuas sampai garis kerja f (mm)

  y Menghitung torsi (

  T )

  Persamaan yang digunakan untuk menghitung torsi adalah:

  f ⋅ D T = .................................................................(3.5)

  2

  dengan: T = torsi (kg mm) = gaya gesek pengereman (kg)

  f

  = diameter drum rem (mm)

  D

  23 y Menghitung daya turbin ( )

  P _out

  Persamaan yang digunakan untuk menghitung daya turbin adalah:

  T P = × n ...................................................(3.6) _{out 5}

  9 ,

  74

  10 ⋅ dengan: P = daya turbin (kW) _out

  T = torsi (kg mm) n = putaran turbin (rpm)

  c. Persamaan untuk menghitung efisiensi turbin ( η ) _T Persamaan yang digunakan untuk menghitung efisiensi turbin adalah:

  P _out

  η .....................................................(3.7) _T = × 100 %

  P _in

  dengan: η = efisiensi turbin _T

  P = daya air (W) _in P = daya turbin (W) _out

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian Data pada sarana penelitian

4.1.1 Data yang diperoleh dari sarana penelitian adalah sebagai berikut: Air a.

• tekanan pressure gauge

  2

  awal : p = 4,5 kg/cm ₁

  2

  akhir : p = 4,6 kg/cm ₂

  3

• massa jenis air : ρ = 1000 kg/m

Tabel 4.1 Variasi debit

• 3

  No q (detik/20liter)

  V (m /detik)

  1 14,85 0,00135 2 14,01 0,00143 3 13,74 0,00146

   Mekanisme pengereman ( dimensi dapat dilihat pada lampiran ) b. l

  panjang tuas rem : = 413 mm ₁ jarak engsel tuas sampai garis kerja : l = 111 mm ₂ D diameter drum rem : = 16 mm koefisien gesek : μ = 0,2 (logam dengan kayu, kering) jarak engsel ke titik pengereman : = 15 mm c

  25

   Data hasil penelitian

  4.1.2

  a. Data variasi debit pertama

  Data yang diperoleh pada saat pengujian turbin dengan variasi debit pertama adalah sebagai berikut:

Tabel 4.2 Data variasi debit pertama

  ₃

• Variasi debit 1 (

  V ) = 0,00135 m /detik No F (gram) n (rpm) 450 stop

  1 75 113 2 150 89 3 225 66 4 300 32 5 375

  13 Tanpa beban 160

  b. Data variasi debit kedua

  Data yang diperoleh pada saat pengujian turbin dengan variasi debit kedua adalah sebagai berikut:

Tabel 4.3 Data variasi debit kedua

  ₃

• Variasi debit 2 (

  V ) = 0,00143 m /detik No F (gram) n (rpm) 510 stop

  1 85 122 2 170 97 3 255 75 4 340 39 5 425

  20 Tanpa beban 190

  26

c. Data variasi debit ketiga

  Data yang diperoleh pada saat pengujian turbin dengan variasi debit ketiga adalah sebagai berikut:

Tabel 4.4 Data variasi debit ketiga

  ₃

• Variasi debit 3 (

  V ) = 0,00146 m /detik No F (gram) n (rpm) 540 stop

  1 90 126 2 180 102 3 270

  83 4 360 44 5 450

  25 Tanpa beban 211 Pengolahan dan Perhitungan Data

  4.2

• 3

   Perhitungan untuk variasi debit pertama

4.2.1 V = 0,00135 m /detik Perhitungan daya air (P

  a. in )

  Dengan menggunakan (Pers. 3.1), maka diperoleh head :

  p . 10000 H =

  ρ

  4 , 55 . 10000 = 1000

  = 45,5 m

  27 Dengan menggunakan (Pers. 3.2), maka diperoleh debit air :

• 20

  V = q . 1000

• 20

  V =

  14 , 85 . 1000

  3

  = 0,00135 m /detik Dengan menggunakan (Pers. 3.3), maka diperoleh daya air :

• ρ

  P = _in V ⋅ ⋅ g ⋅ H = , 00135 ⋅ 1000 ⋅ 9 ,

81 ⋅

45 ,

  5

  = 601 Watt

   Perhitungan daya turbin b.

  Dengan menggunakan (Pers. 3.4), maka diperoleh gaya gesek yang ditimbulkan rem : μ l ₁

  f F

  = ⋅ ₂ + l μ c , 2 ⋅ 413

  , 075 = ⋅

• 111 , 2 ⋅

  15 = 0,0543 kg

  Dengan menggunakan (Pers. 3.5), maka diperoleh torsi poros :

  f ⋅ D T = 2 , 05434

  16 ⋅ =

  2

  = 0,435 kg mm

  28 Dengan menggunakan (Pers. 3.6), maka diperoleh daya poros :

  n T P _out

  × ⋅

  = ₅

  10 74 ,

  9 113

  10 74 , 9 435 , ₅

  × ⋅

  =

  = 0,0000504 kW = 0,0504 W

c. Perhitungan efisiensi turbin

  No F (gram) n (rpm) F (kg) f (kg) T(kg mm) Pout (W) 450 0 0,450 0,326 2,608 0 1 75 113 0,075 0,0543 0,435 0,0504 2 150 89 0,150 0,109 0,869 0,0795 3 225 66 0,225 0,163 1,304 0,0884 4 300 32 0,300 0,217 1,739 0,0571 5 375 13 0,375 0,272 2,174 0,0290 160 0 0 0 0

  0.00

Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Daya Poros Keluaran Variasi Debit Pertama

  0.02

  0.03

  0.04

  0.05

  0.06

  0.07

  0.08

  0.09

  0.10

  20

  40

  60 80 100 120 Putaran (rpm ) D a ya ke lu ar a n ( W )

  0.01

• V = 0,00143 m

4.2.2 Perhitungan untuk variasi debit kedua

  /detik

  29

Gambar 4.1 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada variasi debit 1

  Dari hasil perhitungan dan grafik didapatkan bahwa daya keluaran terbesar P out = 0,0884 W, daya inilah yang dipakai sebagai daya poros pada saat variasi pertama.

  Selanjutnya Dengan menggunakan (Pers. 3.7), maka diperoleh efisiensi turbin : % 100 × = _in ^out _T

  P P

  η

  % 100 601 0884 , × =

  = 0,0147 %

  3

a. Perhitungan daya air (P in )

  H = 1000 10000 . 55 ,

  4 =

  = 45,5 m Dengan menggunakan (Pers. 3.2), maka diperoleh debit air : 1000 .

• 1000 .

  20

  q V =

• V

  01 ,

  14

  20 =

  = 0,00143 m

  3

  /detik

  Dengan menggunakan (Pers. 3.1), maka diperoleh head : ρ 10000 . p

  30 Dengan menggunakan (Pers. 3.3), maka diperoleh daya air :

• ρ